第5章土的抗剪強度理論

1、 5 土的抗剪強度土的抗剪強度土的抗剪強度教師：曾鈴教師：曾鈴 5 土的抗剪強度5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的強度理論土的強度理論5.3 5.3 土的強度強度指標測定土的強度強度指標測定5.4 5.4 孔隙水壓力系數(shù)孔隙水壓力系數(shù)5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征5.6 5.6 工程實例與分析工程實例與分析5.7 5.7 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 5 土的抗剪強度土坡滑動土坡滑動滑裂面滑裂面一、建筑物地基和土工構(gòu)筑物一、建筑物地基和土工構(gòu)筑物的破壞大多數(shù)屬于剪切破壞的破壞大多數(shù)屬于剪切破壞1. 1. 路堤滑坡就是路堤滑坡就是路堤邊坡上的一部路堤邊坡上的一部分相對于路堤放生分

2、相對于路堤放生剪切破壞剪切破壞5.1 5.1 概述概述 5 土的抗剪強度地基失穩(wěn)地基失穩(wěn)p滑動面滑動面2. 2. 土體中滑動面的產(chǎn)生就是由與滑動面上土體中滑動面的產(chǎn)生就是由與滑動面上的剪應(yīng)力達到土的剪切強度說引起的的剪應(yīng)力達到土的剪切強度說引起的5.1 5.1 概述概述一旦發(fā)生滑動破壞，這些面的兩側(cè)土體就產(chǎn)生很一旦發(fā)生滑動破壞，這些面的兩側(cè)土體就產(chǎn)生很大的相對位移，故稱之為滑動面或破壞面大的相對位移，故稱之為滑動面或破壞面原地面原地面 6 土的抗剪強度3. 3. 擋土墻的滑動擋土墻的滑動5.1 5.1 概述概述滑動面滑動面擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，它的強度破壞擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等的周圍土體，

3、它的強度破壞將造成對墻體過大的側(cè)向壓力，可能導(dǎo)致這些工將造成對墻體過大的側(cè)向壓力，可能導(dǎo)致這些工程構(gòu)筑物發(fā)生滑動、傾覆等破壞事故。程構(gòu)筑物發(fā)生滑動、傾覆等破壞事故。 5 土的抗剪強度5.1 5.1 概述概述土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力，是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一抗能力，是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一土是否達到剪切破壞狀態(tài)，除了決定于它本身的土是否達到剪切破壞狀態(tài)，除了決定于它本身的基本性質(zhì)（土的組成、土的狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)）外，基本性質(zhì)（土的組成、土的狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)）外，還與所受的應(yīng)力組合密切相關(guān)。這種破壞時的應(yīng)還與所受的應(yīng)力組合密切相關(guān)。這種破壞時的應(yīng)力組合

4、關(guān)系就成為破壞準則。力組合關(guān)系就成為破壞準則。土的抗剪強度土的抗剪強度核心強度理論研究土的強度特性研究土的強度特性, 就是研究土的就是研究土的抗剪強度抗剪強度特性特性 5 土的抗剪強度p土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定p建筑物地基承載建筑物地基承載力力p土壓力土壓力p路堤、土壩及自然邊路堤、土壩及自然邊坡穩(wěn)定性問題坡穩(wěn)定性問題p地基的破壞地基的破壞p擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生過大的側(cè)向壓力產(chǎn)生過大的側(cè)向壓力二、與土剪切強度直接有關(guān)的工程問題二、與土剪切強度直接有關(guān)的工程問題5.1 5.1 概述概述 5 土的抗剪強度5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的強度理論土的強度理論5.3 5.3 土

5、的強度強度指標測定土的強度強度指標測定5.4 5.4 孔隙水壓力系數(shù)孔隙水壓力系數(shù)5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征5.6 5.6 工程實例與分析工程實例與分析5.7 5.7 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 5 土的抗剪強度5.2 5.2 土的抗剪強度理論土的抗剪強度理論一、庫侖定律一、庫侖定律- -土的強度規(guī)律土的強度規(guī)律二、摩爾二、摩爾- -庫侖庫侖- -強度理論強度理論三、摩爾三、摩爾- -庫侖破壞準則庫侖破壞準則- -土的極限平衡條件土的極限平衡條件5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度 土體發(fā)生剪切破壞時，沿其內(nèi)部某一滑動面發(fā)生相對滑土體發(fā)生剪切破壞時，沿其內(nèi)部某一滑

6、動面發(fā)生相對滑動，而該滑動面上的剪應(yīng)力就等于土的抗剪強度。動，而該滑動面上的剪應(yīng)力就等于土的抗剪強度。一、庫侖定律一、庫侖定律- -土的強度規(guī)律土的強度規(guī)律1 1、總應(yīng)力庫倫定律與抗剪強度指標、總應(yīng)力庫倫定律與抗剪強度指標 1776年，法國學(xué)者庫倫通過一系列沙土的試驗結(jié)果，年，法國學(xué)者庫倫通過一系列沙土的試驗結(jié)果，如下圖所示：如下圖所示： f = tan /kPa fkPa沙土沙土5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度后來根據(jù)后來根據(jù)粘性土粘性土剪切試驗進一步提出了更為普遍的粘性土的抗剪剪切試驗進一步提出了更為普遍的粘性土的抗剪強度表達式強度表達式:庫倫提出了：庫倫提出了：土的

7、抗剪強度是剪切面上法向總應(yīng)力土的抗剪強度是剪切面上法向總應(yīng)力 的函數(shù)的函數(shù), 即即: tanftanfc f =c+ tan 粘土粘土 /kPa fkPa5.25.2土的強度理論土的強度理論對于砂土，粘聚力對于砂土，粘聚力c =0=0，所以我們可以將上述兩個式子統(tǒng)一。，所以我們可以將上述兩個式子統(tǒng)一。 5 土的抗剪強度2 2、土的剪切強度構(gòu)成與影響因素、土的剪切強度構(gòu)成與影響因素?zé)o粘性土的抗剪強度由土粒間無粘性土的抗剪強度由土粒間摩擦阻力所產(chǎn)生摩擦阻力所產(chǎn)生粘性土的抗剪強度包括內(nèi)摩擦粘性土的抗剪強度包括內(nèi)摩擦阻力和粘聚力兩個部分阻力和粘聚力兩個部分5.25.2土的強度理論土的強度理論NTNT=

8、 NT 5 土的抗剪強度內(nèi)摩擦力：內(nèi)摩擦力： 土粒之間的表面摩擦力和土粒之間的連土粒之間的表面摩擦力和土粒之間的連鎖作用而產(chǎn)生的咬合力鎖作用而產(chǎn)生的咬合力. .粘聚力：粘聚力：原始粘聚力原始粘聚力固化粘聚力固化粘聚力毛細粘聚力毛細粘聚力5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度應(yīng)該指出：應(yīng)該指出：土的土的c、 實際上只是表達關(guān)系試驗成果的兩個數(shù)學(xué)參實際上只是表達關(guān)系試驗成果的兩個數(shù)學(xué)參數(shù)，從物理意義上來說，在不同的法向應(yīng)力作用下，數(shù)，從物理意義上來說，在不同的法向應(yīng)力作用下，土的粘聚力也不可能是常數(shù)。土的粘聚力也不可能是常數(shù)。5.25.2土的強度理論土的強度理論排水條件（最重要）排

9、水條件（最重要）剪切速率剪切速率應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力歷史應(yīng)力歷史土的抗剪強度土的抗剪強度 5 土的抗剪強度 f 隨剪切面上所受的法向應(yīng)力隨剪切面上所受的法向應(yīng)力而變，這就是土區(qū)別而變，這就是土區(qū)別于其他許多建筑材料的一個重要特征。于其他許多建筑材料的一個重要特征。提問：對于某一種土來說，其抗剪強度提問：對于某一種土來說，其抗剪強度f 也相同嗎？也相同嗎？f 不僅與土粒的大小、形狀、級配、緊密程度、礦物不僅與土粒的大小、形狀、級配、緊密程度、礦物成分和含水量等因素有關(guān)，而且還與土受剪時的排水條件、成分和含水量等因素有關(guān)，而且還與土受剪時的排水條件、剪切速率等外界環(huán)境條件有關(guān)。剪切速率等外界環(huán)境條

10、件有關(guān)。5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度3 3、有效應(yīng)力的庫倫定律與有效應(yīng)力抗剪強度指標、有效應(yīng)力的庫倫定律與有效應(yīng)力抗剪強度指標 由于有效應(yīng)力原理的發(fā)展，人們認識到只有有效應(yīng)力的由于有效應(yīng)力原理的發(fā)展，人們認識到只有有效應(yīng)力的變化才能引起強度的變化，因此上述庫倫公式改寫成：變化才能引起強度的變化，因此上述庫倫公式改寫成：tan ()tanfccu其中：其中：c土的有效粘聚力（土的有效粘聚力（kPa） 土的有效內(nèi)摩擦角（土的有效內(nèi)摩擦角（） f 剪切破裂面上的剪應(yīng)力，即土的剪切強度（剪切破裂面上的剪應(yīng)力，即土的剪切強度（kPa） 作用在剪切滑動面上的有效法向應(yīng)力（作用在剪

11、切滑動面上的有效法向應(yīng)力（kPa） u 土中的超靜孔隙水壓力土中的超靜孔隙水壓力（kPa）5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度5.25.2土的強度理論土的強度理論 目前，在土力學(xué)中被廣泛采用的是以摩爾第三強度理論目前，在土力學(xué)中被廣泛采用的是以摩爾第三強度理論即最大剪應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，結(jié)合庫倫定律建立的摩爾即最大剪應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，結(jié)合庫倫定律建立的摩爾庫倫庫倫強度理論。強度理論。摩爾在庫倫研究基礎(chǔ)上于摩爾在庫倫研究基礎(chǔ)上于1910年提出：年提出： 材料的破壞時剪切破壞的理論材料的破壞時剪切破壞的理論 當材料中任何一個面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強度時，該面當材料中任何一個面上的剪

12、應(yīng)力等于材料的抗剪強度時，該面便被破壞便被破壞 在破裂面上的法向應(yīng)力在破裂面上的法向應(yīng)力與抗剪強度與抗剪強度f 之間存在著函數(shù)關(guān)系，之間存在著函數(shù)關(guān)系，即：即：=( )ff 二、摩爾二、摩爾- -庫倫強度理論庫倫強度理論 5 土的抗剪強度5.25.2土的強度理論土的強度理論 上述公式在坐標系中是一條向上略凸的曲線，稱為摩爾上述公式在坐標系中是一條向上略凸的曲線，稱為摩爾包絡(luò)線，或稱為抗剪強度包線，如下圖所示：包絡(luò)線，或稱為抗剪強度包線，如下圖所示： f = tan /kPa fkPa摩爾包線摩爾包線 5 土的抗剪強度5.25.2土的強度理論土的強度理論A點，它表明在該法向應(yīng)力下，該面上的剪應(yīng)力

13、小于土的抗剪強度，點，它表明在該法向應(yīng)力下，該面上的剪應(yīng)力小于土的抗剪強度，土體不會沿該面發(fā)生剪切破壞。土體不會沿該面發(fā)生剪切破壞。B點，表明該面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強度，土單元體處于臨界點，表明該面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強度，土單元體處于臨界破壞狀態(tài)。破壞狀態(tài)。C點，表明該面上的剪應(yīng)力大于土的抗剪強度，土體已破壞。點，表明該面上的剪應(yīng)力大于土的抗剪強度，土體已破壞。分析上圖可知：分析上圖可知： 5 土的抗剪強度5.25.2土的強度理論土的強度理論綜上所述，摩爾綜上所述，摩爾庫倫關(guān)于土的抗剪強度理論歸納為一下幾點，如下圖所示：庫倫關(guān)于土的抗剪強度理論歸納為一下幾點，如下圖所示： 土的抗剪強度

14、隨剪切面上法向應(yīng)力的大小而變化土的抗剪強度隨剪切面上法向應(yīng)力的大小而變化 土的剪切破壞只有在土的摩爾園與庫倫定律所表達的抗剪強土的剪切破壞只有在土的摩爾園與庫倫定律所表達的抗剪強度線相切是方能發(fā)生度線相切是方能發(fā)生 土的剪切破壞面的方向與大主應(yīng)力作用面的夾角為土的剪切破壞面的方向與大主應(yīng)力作用面的夾角為45+/2 按摩爾按摩爾庫倫理論，未考慮中主應(yīng)力庫倫理論，未考慮中主應(yīng)力2 對抗剪強度影響對抗剪強度影響臨界破壞時的摩爾圓與強度包線臨界破壞時的摩爾圓與強度包線 5 土的抗剪強度三、摩爾三、摩爾- -庫倫破壞準則庫倫破壞準則土的極限平衡條件土的極限平衡條件1 1、土體中任意一點的應(yīng)力狀態(tài)、土體中

15、任意一點的應(yīng)力狀態(tài) 當土體中任意一點的剪應(yīng)力當土體中任意一點的剪應(yīng)力達到土的抗剪強度達到土的抗剪強度f 時，土體會發(fā)生時，土體會發(fā)生剪切破壞。剪切破壞。通過疊加原理，從材料力學(xué)應(yīng)力狀態(tài)分析可知：通過疊加原理，從材料力學(xué)應(yīng)力狀態(tài)分析可知：()2-2421xzzxxz3 + + += =-=-112tan2xzzx5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度5.25.2土的強度理論土的強度理論三、摩爾三、摩爾- -庫倫破壞準則庫倫破壞準則土的極限平衡條件土的極限平衡條件取微元體的上三角為隔離體，如下圖所示：取微元體的上三角為隔離體，如下圖所示：根據(jù)靜力平衡條件得：根據(jù)靜力平衡條件得：-+

16、=-=31d sind sind cos0d cosd cosd sin0ssssss聯(lián)立求解以上方程：聯(lián)立求解以上方程：=+-=-13131311()()cos 2221()sin 22 5 土的抗剪強度 由材料力學(xué)可知，以上的由材料力學(xué)可知，以上的 ，與與 1， 3之間的關(guān)系也可以用迎來摩爾之間的關(guān)系也可以用迎來摩爾圓來表示，如圖所示：圓來表示，如圖所示： 摩爾圓可以表示土體中摩爾圓可以表示土體中一點的應(yīng)力狀態(tài)，摩爾圓一點的應(yīng)力狀態(tài)，摩爾圓圓周上各點的坐標就表示圓周上各點的坐標就表示該點在相應(yīng)平面上的正應(yīng)該點在相應(yīng)平面上的正應(yīng)力力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力。5.25.2土的強度理論土的強度理論 5

17、土的抗剪強度三、摩爾三、摩爾- -庫倫破壞準則庫倫破壞準則土的極限平衡條件土的極限平衡條件2 2、土的平衡狀態(tài)、土的平衡狀態(tài) 如果給定土的抗剪強度參數(shù)如果給定土的抗剪強度參數(shù)c和和，以及土中某一點的應(yīng)力狀態(tài)，則，以及土中某一點的應(yīng)力狀態(tài)，則可將抗剪強度包線和摩爾應(yīng)力圓畫在同一坐標圖上，如下圖所示：可將抗剪強度包線和摩爾應(yīng)力圓畫在同一坐標圖上，如下圖所示：5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度摩爾圓在與抗剪強度包線的關(guān)系有一下三種情況：摩爾圓在與抗剪強度包線的關(guān)系有一下三種情況：整個摩爾圓位于抗剪強度包線的下方（圓整個摩爾圓位于抗剪強度包線的下方（圓I I）表明通過該點任意平面上

18、的剪應(yīng)力都小于相應(yīng)面上的抗剪強度，故該點表明通過該點任意平面上的剪應(yīng)力都小于相應(yīng)面上的抗剪強度，故該點沒有發(fā)生剪切破壞，而處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。沒有發(fā)生剪切破壞，而處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。摩爾圓與抗剪強度包線相切（圓摩爾圓與抗剪強度包線相切（圓IIII）表明剪應(yīng)力正好等于相應(yīng)面上的抗剪強度，因此該點處于極限平衡狀態(tài)。表明剪應(yīng)力正好等于相應(yīng)面上的抗剪強度，因此該點處于極限平衡狀態(tài)?？辜魪姸劝€是摩爾圓的一條割線（圓抗剪強度包線是摩爾圓的一條割線（圓IIIIII）表明該點某些平面上的剪應(yīng)力已經(jīng)超過了相應(yīng)面的抗剪強度，故該點早表明該點某些平面上的剪應(yīng)力已經(jīng)超過了相應(yīng)面的抗剪強度，故該點早就破壞，實際上這種情況

19、是不可能出現(xiàn)的，因為該點任何方向上的剪應(yīng)就破壞，實際上這種情況是不可能出現(xiàn)的，因為該點任何方向上的剪應(yīng)力都不可能超過土的抗剪強度。力都不可能超過土的抗剪強度。5.25.2土的強度理論土的強度理論 5 土的抗剪強度5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的強度理論土的強度理論5.3 5.3 土的強度強度指標測定土的強度強度指標測定5.4 5.4 孔隙水壓力系數(shù)孔隙水壓力系數(shù)5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征5.6 5.6 工程實例與分析工程實例與分析5.7 5.7 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 5 土的抗剪強度現(xiàn)場剪切試驗現(xiàn)場剪切試驗室內(nèi)剪切試驗室內(nèi)剪切試驗5.3 5.3 土的抗剪強度指標測

20、定土的抗剪強度指標測定十字板剪切試驗十字板剪切試驗直剪試驗直剪試驗三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗無側(cè)限抗壓試驗無側(cè)限抗壓試驗單剪試驗單剪試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度5.35.3土的抗剪強度指標的試驗方法土的抗剪強度指標的試驗方法一、直接剪切試驗一、直接剪切試驗二、三軸剪切試驗二、三軸剪切試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度一、一、 直剪試驗直剪試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗1.1.直剪試驗儀器直剪試驗儀器我國目前普遍采用的是

21、應(yīng)變控我國目前普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀，如圖所示，制式直剪儀，如圖所示， 直剪試驗所用的儀器是直剪儀，按加載方式的不同，直剪儀直剪試驗所用的儀器是直剪儀，按加載方式的不同，直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種。前者是以等速水平推動式可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種。前者是以等速水平推動式樣產(chǎn)生位移并測定相應(yīng)的剪應(yīng)力，后者是對式樣分級施加水平剪樣產(chǎn)生位移并測定相應(yīng)的剪應(yīng)力，后者是對式樣分級施加水平剪應(yīng)力，同時測定相應(yīng)的位移。應(yīng)力，同時測定相應(yīng)的位移。 5 土的抗剪強度一、一、 直剪試驗直剪試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗2.2.直剪試驗基本原理直剪試驗基本原理 直剪試驗

22、通常采用等速剪應(yīng)變的試驗方法稱為應(yīng)變控制剪切，直剪試驗通常采用等速剪應(yīng)變的試驗方法稱為應(yīng)變控制剪切，以以0.08mm/min的剪切速度進行剪切，在剪切過程中，每隔一定的剪切速度進行剪切，在剪切過程中，每隔一定值的剪變形增量測讀一次所增加的水平推力的大小，計算施加于值的剪變形增量測讀一次所增加的水平推力的大小，計算施加于式樣截面上的剪應(yīng)力值，直至剪切破壞。以剪應(yīng)力為縱坐標，剪式樣截面上的剪應(yīng)力值，直至剪切破壞。以剪應(yīng)力為縱坐標，剪應(yīng)變?yōu)闄M坐標，繪制剪應(yīng)力應(yīng)變?yōu)闄M坐標，繪制剪應(yīng)力-剪應(yīng)變關(guān)系曲線。如下圖所示：剪應(yīng)變關(guān)系曲線。如下圖所示： 5 土的抗剪強度5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定

23、試驗3.3.直剪試驗方法分類直剪試驗方法分類 通常采用不同加荷速率的試驗方法來近似模擬土體在受剪通常采用不同加荷速率的試驗方法來近似模擬土體在受剪時的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗方法：時的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗方法：1. 慢剪慢剪 施加正應(yīng)力施加正應(yīng)力-充分固結(jié)充分固結(jié) 慢慢施加剪應(yīng)力慢慢施加剪應(yīng)力-小于小于0.02mm/分，以保證無超靜孔壓分，以保證無超靜孔壓 得到的抗剪強度指標用得到的抗剪強度指標用cs、 s表示表示2. 固結(jié)快剪固結(jié)快剪 施加正應(yīng)力施加正應(yīng)力-充分固結(jié)充分固結(jié) 在在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞分鐘內(nèi)剪切破壞 得到的抗剪強度指標用得到的抗剪強度指標

24、用ccq、 cq表示表示3. 快剪快剪 施加正應(yīng)力后施加正應(yīng)力后 立即剪切立即剪切3-5分鐘內(nèi)剪切破壞分鐘內(nèi)剪切破壞 得到的抗剪強度指標用得到的抗剪強度指標用cq、 q表示表示 5 土的抗剪強度5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗4.4.直剪試驗的優(yōu)缺點分析直剪試驗的優(yōu)缺點分析優(yōu)點：優(yōu)點：直剪儀構(gòu)造簡單，操作方便。直剪儀構(gòu)造簡單，操作方便。 缺點：缺點： 剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱面剪剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱面剪切破壞。切破壞。 剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，土樣剪切破壞先從邊緣開始，剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，土樣剪切破壞先從邊緣開始，在邊

25、緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。 剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而計算抗剪強度時卻按剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而計算抗剪強度時卻按土樣的原截面積計算的。土樣的原截面積計算的。 試驗時不能嚴格控制排水條件，不能測量孔隙水壓力。試驗時不能嚴格控制排水條件，不能測量孔隙水壓力。 5 土的抗剪強度5.35.3土的抗剪強度指標的試驗方法土的抗剪強度指標的試驗方法一、直剪試驗一、直剪試驗二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗五、應(yīng)力路徑概念五、應(yīng)力路徑概念5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的

26、抗剪強度二、三軸試驗二、三軸試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 三軸剪切試驗，又稱三軸壓縮試驗，是室內(nèi)測定土的抗剪強度的三軸剪切試驗，又稱三軸壓縮試驗，是室內(nèi)測定土的抗剪強度的一種較為完整的試驗方法。通常采用一種較為完整的試驗方法。通常采用3-4個圓柱形式樣，分別在不同的個圓柱形式樣，分別在不同的周圍壓力下測得土的抗剪強度周圍壓力下測得土的抗剪強度 三軸剪切試驗所采用的三軸剪切試驗所采用的儀器可分為應(yīng)變控制儀和應(yīng)儀器可分為應(yīng)變控制儀和應(yīng)力控制儀。力控制儀。1調(diào)壓筒；調(diào)壓筒；2周圍壓力表；周圍壓力表；3周圍壓力周圍壓力閥；閥；4排水閥；排水閥；5體變管；體變管；6排水管；排水管

27、；7變形量表；變形量表； 8量力環(huán)；量力環(huán)；9排氣孔；排氣孔；10軸向加壓設(shè)備；軸向加壓設(shè)備；11壓力室；壓力室；12量管量管閥；閥；13零位指示器；零位指示器；14孔隙壓力表；孔隙壓力表；15量管；量管；16孔隙壓力閥；孔隙壓力閥；17離合器；離合器；18手輪；手輪；19馬達；馬達；20變速箱變速箱1.1.三軸剪切試驗儀器三軸剪切試驗儀器 5 土的抗剪強度壓力室壓力室加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗壓力室壓力室加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)壓力室壓力室加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)壓力室壓力室應(yīng)變控制式三軸儀應(yīng)變控制式三軸儀加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)壓力室壓力室量測系統(tǒng)量測系統(tǒng) 目前室內(nèi)采目前室內(nèi)

28、采用的是應(yīng)變控制用的是應(yīng)變控制式三軸儀，主要式三軸儀，主要由：由：主機主機穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)量測系統(tǒng)量測系統(tǒng) 5 土的抗剪強度試樣試樣壓力室壓力室壓力水壓力水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿有機玻有機玻璃罩璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石頂帽頂帽5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度方法：方法：首先試樣施加靜水壓力首先試樣施加靜水壓力室壓（圍壓）室壓（圍壓） 1 1= = 2 2= = 3 3=const=const； 然后通過活塞桿施加的是應(yīng)力差然后通過活塞桿施加的是應(yīng)力差 1 1= = 1 1- - 3 3 。 2 2、三軸試驗的基本原理、三軸試驗的基

29、本原理特點：特點：試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。垂直應(yīng)力試樣是軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。垂直應(yīng)力 z z一般是一般是大主應(yīng)力；徑向與切向應(yīng)力總是相等大主應(yīng)力；徑向與切向應(yīng)力總是相等 r r= = ，亦即亦即 1 1= = z z； 2 2= = 3 3= = r r3 3 13 3 5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度 1 1- 3 1 =15%5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 以主應(yīng)力差為縱坐標，軸向應(yīng)變?yōu)闄M坐標，繪制主應(yīng)力差與軸以主應(yīng)力差為縱坐標，軸向應(yīng)變?yōu)闄M坐標，繪制主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線，如下圖，取曲線上主應(yīng)力差的峰值作為破壞點，向應(yīng)變關(guān)系曲線，如下圖，

30、取曲線上主應(yīng)力差的峰值作為破壞點，無峰值時，去無峰值時，去15%軸向應(yīng)變時的主應(yīng)力差值作為破壞點。軸向應(yīng)變時的主應(yīng)力差值作為破壞點。 5 土的抗剪強度v用同一土樣分別作一系列圍壓用同一土樣分別作一系列圍壓 a ， b ， c 的三軸試驗，則可得的三軸試驗，則可得到一組摩爾極限應(yīng)力圓，如圖所示，圓到一組摩爾極限應(yīng)力圓，如圖所示，圓a，圓，圓b，圓，圓c作一條公切作一條公切線，這條線就是土的抗剪強度包線，線，這條線就是土的抗剪強度包線，得到強度指標得到強度指標 c 與與 。5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度v固結(jié)排水試驗（CDCD試驗）1 打開排水閥門，打開排水閥門

31、，施加圍壓施加圍壓 后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2 打開排水閥門，慢慢施加軸向應(yīng)力差打開排水閥門，慢慢施加軸向應(yīng)力差 以便充分排水，避免產(chǎn)以便充分排水，避免產(chǎn)生超靜孔壓生超靜孔壓v固結(jié)不排水試驗（CUCU試驗）1 打開排水閥門，打開排水閥門，施加圍壓施加圍壓 后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；后充分固結(jié)，超靜孔隙水壓力完全消散；2 關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差 過程中不排水過程中不排水cd 、 d ccu 、 cu cu 、 u 3 3、三軸試驗方法、三軸試驗方法5.3 5.3 抗剪強度測

32、定試驗抗剪強度測定試驗v不固結(jié)不排水試驗（UUUU試驗）1 關(guān)閉排水閥門，關(guān)閉排水閥門，圍壓圍壓 下不固結(jié)；下不固結(jié)；2 關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差關(guān)閉排水閥門，很快剪切破壞，在施加軸向應(yīng)力差 過程中不排過程中不排水水 5 土的抗剪強度 飽和粘性土不同排水條件下的抗剪強度指標飽和粘性土不同排水條件下的抗剪強度指標1. 不固結(jié)不排水剪不固結(jié)不排水剪(UU) u三軸：三軸： 試樣在施加周圍壓力試樣在施加周圍壓力 3和隨后施加和隨后施加軸向壓力軸向壓力 直至剪切破壞的整個直至剪切破壞的整個過程中都關(guān)閉排水閥門過程中都關(guān)閉排水閥門, 不允許試不允許試樣排水固結(jié)。樣排水固結(jié)。 u直剪：

33、直剪： 試樣上下兩面放不透水薄片試樣上下兩面放不透水薄片, 以較以較快速度快速度(35min)剪破。剪破。 3 3 3 3 3 3 關(guān)閉關(guān)閉排水閥排水閥特點：特點：試驗過程中試樣含水量和體積保持不變試驗過程中試樣含水量和體積保持不變, 加壓過程中只引起試加壓過程中只引起試樣的孔隙水壓力變化樣的孔隙水壓力變化, 而有效應(yīng)力不變而有效應(yīng)力不變, 故抗剪強度亦不變。故抗剪強度亦不變。5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度 3 3 3 3 3 3 有效應(yīng)力圓有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓總應(yīng)力圓 u=0BCcu uAA 3A 1A 飽和粘性土的不排水剪試驗飽和粘性土的不排水剪試驗, 盡

34、管三個主應(yīng)力不同盡管三個主應(yīng)力不同, 但但破壞時的主應(yīng)力差相等破壞時的主應(yīng)力差相等, 即三個極限應(yīng)力圓即三個極限應(yīng)力圓A、B、C直徑直徑相等相等, 故強度包線為一條水平線。若采用有效應(yīng)力表示故強度包線為一條水平線。若采用有效應(yīng)力表示, 則則三個試樣只能得到一個應(yīng)力圓三個試樣只能得到一個應(yīng)力圓, 因此因此不排水剪試驗不排水剪試驗一般只一般只用于測定飽和土的不排水強度。用于測定飽和土的不排水強度。5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度2. 固結(jié)不排水剪固結(jié)不排水剪(CU) 3 3 3 3 3 3 打開打開排排水閥水閥關(guān)閉關(guān)閉排水閥排水閥u三軸：三軸： 試樣在施加周圍壓力

35、試樣在施加周圍壓力 3時打開排水時打開排水閥門閥門, 讓試樣排水固結(jié)讓試樣排水固結(jié), 孔隙水壓力孔隙水壓力完全消散完全消散, 再關(guān)閉排水閥門再關(guān)閉排水閥門, 施加軸施加軸向壓力向壓力 直至剪切破壞。使試樣直至剪切破壞。使試樣在不排水條件下剪切破壞。在不排水條件下剪切破壞。u直剪：直剪： 施加垂直壓力后施加垂直壓力后, 使試樣充分排水使試樣充分排水固結(jié)固結(jié), 再以較快速度再以較快速度(35min, 剪切剪切過程中不再排水過程中不再排水)剪破。剪破。特點：特點：固結(jié)過程中試樣含水量和體積減小固結(jié)過程中試樣含水量和體積減小, 剪切過程中保持不變剪切過程中保持不變, 只只是孔隙水壓力改變是孔隙水壓力改

36、變, 破壞時孔隙水壓力完全由試樣受剪引起。破壞時孔隙水壓力完全由試樣受剪引起。5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度 3 3 3 3 3 3 飽和粘性土的固結(jié)不排水剪試驗，可得到三個不同飽和粘性土的固結(jié)不排水剪試驗，可得到三個不同 3作用下破壞時的總應(yīng)力圓作用下破壞時的總應(yīng)力圓A、B、C，繪制總應(yīng)力圓的強度，繪制總應(yīng)力圓的強度包線包線, 可確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強度指標可確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強度指標ccu、 cu。將總。將總應(yīng)力圓在水平軸上左移應(yīng)力圓在水平軸上左移uf得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓, 按有效按有效應(yīng)力圓強度包線可確定應(yīng)力圓強度包線可確定c

37、 、 。 ccuc cu ABC5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度3. 固結(jié)排水剪固結(jié)排水剪(CD) 3 3 3 3 3 3 打開打開排水閥排水閥u三軸：三軸： 試樣在施加周圍壓力試樣在施加周圍壓力 3時打開排水時打開排水閥門閥門, 讓試樣排水固結(jié)讓試樣排水固結(jié), 待固結(jié)穩(wěn)定待固結(jié)穩(wěn)定后后, 再在排水條件下施加軸向壓力再在排水條件下施加軸向壓力 直至剪切破壞。直至剪切破壞。u直剪：直剪： 施加垂直壓力后施加垂直壓力后, 使試樣充分排水使試樣充分排水固結(jié)固結(jié), 再以盡可能慢的速度再以盡可能慢的速度(剪切過剪切過程中充分排水程中充分排水)剪破。剪破。特點：特點：整個

38、試驗過程中始終打開排水閥門整個試驗過程中始終打開排水閥門, 讓試樣充分排水固結(jié)讓試樣充分排水固結(jié), 保保持孔隙水壓力為零持孔隙水壓力為零, 有效應(yīng)力等于總應(yīng)力。有效應(yīng)力等于總應(yīng)力。5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度 cd d 3 3 3 3 3 3 飽和粘性土的固結(jié)排水剪試驗飽和粘性土的固結(jié)排水剪試驗, 同樣可得三個不同同樣可得三個不同 3作用下破壞時的總應(yīng)力圓作用下破壞時的總應(yīng)力圓A、B、C。但由于整個試驗過程。但由于整個試驗過程中中uf =0, 總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力, 故總應(yīng)力圓即為有效故總應(yīng)力圓即為有效應(yīng)力圓應(yīng)力圓, 總應(yīng)力強度

39、包線即為有效應(yīng)力強度包線。強度指總應(yīng)力強度包線即為有效應(yīng)力強度包線。強度指標為標為cd =c 、 d = 。5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度對同一種土對同一種土, 若以總應(yīng)力表示若以總應(yīng)力表示, 其試驗結(jié)果完全不同其試驗結(jié)果完全不同, 且且 d cu u(=0); 而以有效應(yīng)力表示而以有效應(yīng)力表示, 則不論哪種試驗方法則不論哪種試驗方法, 其破其破壞包線近似一條壞包線近似一條, 即即抗剪強度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系抗剪強度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系三種試驗結(jié)果比較三種試驗結(jié)果比較 5 土的抗剪強度4 4、三軸試驗的孔隙水壓力、三軸試驗的孔隙水壓力5.3 5.

40、3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 不同剪切試驗方法，剪切前與剪切過程中土樣的含水量和孔隙水壓不同剪切試驗方法，剪切前與剪切過程中土樣的含水量和孔隙水壓力變化情況如表所示：力變化情況如表所示： 5 土的抗剪強度5 5、三軸試驗成果整理、三軸試驗成果整理5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 三軸成果可分別采用總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法進行整理：三軸成果可分別采用總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法進行整理：總應(yīng)力法：總應(yīng)力法：只考慮總應(yīng)力大小而不考慮孔隙水壓力影響的方法只考慮總應(yīng)力大小而不考慮孔隙水壓力影響的方法總應(yīng)力指標：總應(yīng)力指標：用總應(yīng)力大小整理得出的強度指標稱為總指標用總應(yīng)力大小整理得出的強度指

41、標稱為總指標c，有效應(yīng)力法：有效應(yīng)力法：在抗剪強度包絡(luò)線圖中的橫坐標采用有效應(yīng)力在抗剪強度包絡(luò)線圖中的橫坐標采用有效應(yīng)力表示表示稱為有效應(yīng)力法稱為有效應(yīng)力法有效應(yīng)力指標：有效應(yīng)力指標：用有效應(yīng)力大小整理表達出來的強度指標稱為有效用有效應(yīng)力大小整理表達出來的強度指標稱為有效應(yīng)力指標應(yīng)力指標c， 5 土的抗剪強度v優(yōu)點：1 能嚴格的控制排水條件，并能準確測定土樣在剪切過程能嚴格的控制排水條件，并能準確測定土樣在剪切過程中孔隙水壓力的變化；中孔隙水壓力的變化；2 式樣的應(yīng)力狀態(tài)比較明確，應(yīng)力分布比較均勻，剪切破式樣的應(yīng)力狀態(tài)比較明確，應(yīng)力分布比較均勻，剪切破壞面在式樣的最薄弱處；壞面在式樣的最薄弱處

42、；3 三軸試驗的結(jié)果還是比較靠譜的，因此常規(guī)三軸剪切儀三軸試驗的結(jié)果還是比較靠譜的，因此常規(guī)三軸剪切儀是土工試驗不可缺失的儀器設(shè)備；是土工試驗不可缺失的儀器設(shè)備；4能定量地獲的土中有效應(yīng)力的變化情況。能定量地獲的土中有效應(yīng)力的變化情況。6 6、三軸試驗的優(yōu)缺點分析、三軸試驗的優(yōu)缺點分析5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度v缺點：1 三軸試樣樣制備工作比較麻煩，易受擾動；三軸試樣樣制備工作比較麻煩，易受擾動；2 儀器設(shè)備和試驗操作比較復(fù)雜；儀器設(shè)備和試驗操作比較復(fù)雜；3 常規(guī)三軸試驗中的土樣受的力屬軸對稱應(yīng)力狀態(tài)，其成常規(guī)三軸試驗中的土樣受的力屬軸對稱應(yīng)力狀態(tài)，其成

43、果應(yīng)用到平面應(yīng)變問題有不符之處；果應(yīng)用到平面應(yīng)變問題有不符之處；4 試樣兩端受剛性壓板的約束影響；試樣兩端受剛性壓板的約束影響；5 對成層土的試驗成果影響較大。對成層土的試驗成果影響較大。6 6、三軸試驗的優(yōu)缺點分析、三軸試驗的優(yōu)缺點分析5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度5.35.3土的抗剪強度指標的試驗方法土的抗剪強度指標的試驗方法一、直剪試驗一、直剪試驗二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗五、應(yīng)力路徑概念五、應(yīng)力路徑概念5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強

44、度5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗1、基本原理、基本原理 無側(cè)限抗壓強度試驗所使用的無側(cè)限抗壓強度試驗所使用的儀器是無側(cè)限壓縮儀，如圖所示，儀器是無側(cè)限壓縮儀，如圖所示，但現(xiàn)在常用三軸儀進行該試驗，即但現(xiàn)在常用三軸儀進行該試驗，即在不施加側(cè)向壓力的情況下對圓柱在不施加側(cè)向壓力的情況下對圓柱體試樣施加軸向壓力，直至土樣剪體試樣施加軸向壓力，直至土樣剪切破壞為止。無側(cè)限抗壓強度試驗切破壞為止。無側(cè)限抗壓強度試驗在土樣破壞時的軸向壓力以在土樣破壞時的軸向壓力以qu表示，表示，稱為無側(cè)限抗壓強度。稱為無側(cè)限抗壓強度。 5 土的抗剪強度5.3

45、5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗2、試驗數(shù)據(jù)整理、試驗數(shù)據(jù)整理 由于沒有施加周圍壓力，因而根據(jù)試驗結(jié)果只能做出由于沒有施加周圍壓力，因而根據(jù)試驗結(jié)果只能做出一個極限應(yīng)力圓，難以直接得到破壞包線，如下圖所示：一個極限應(yīng)力圓，難以直接得到破壞包線，如下圖所示：無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果 5 土的抗剪強度5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 由于由于3 =0則則 +2 tan(45)2cu1fq=則粘性土的粘聚力為：則粘性土的粘聚力為：=2tan 452uqc (+ ) 根據(jù)我國現(xiàn)行國家標準根據(jù)我國現(xiàn)行國家標準土工試驗方法標準土工試驗方法標準，無側(cè)限抗壓，無側(cè)限

46、抗壓強度試驗經(jīng)常要求在較短時間內(nèi)完成，在試驗過程中土中水沒有強度試驗經(jīng)常要求在較短時間內(nèi)完成，在試驗過程中土中水沒有明顯的排出，相當于直剪的快剪和三軸明顯的排出，相當于直剪的快剪和三軸UU試驗條件。試驗條件。 5 土的抗剪強度5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 實際上軟粘土的破壞常呈現(xiàn)為塑性流動變形，而不出現(xiàn)明顯的破實際上軟粘土的破壞常呈現(xiàn)為塑性流動變形，而不出現(xiàn)明顯的破裂角，因此飽和軟粘土裂角，因此飽和軟粘土UU條件下條件下u u0 0。故飽和軟粘土的不排水抗。故飽和軟粘土的不排水抗剪強度為剪強度為2uuqC = 而飽和粘性土的三軸不固結(jié)不排水試驗結(jié)果表明，其破壞包線而飽和粘性

47、土的三軸不固結(jié)不排水試驗結(jié)果表明，其破壞包線近似為一水平線，即近似為一水平線，即u u=0=0，因此，對于飽和粘性土的不排水抗剪，因此，對于飽和粘性土的不排水抗剪強度，可以利用無側(cè)限抗壓強度強度，可以利用無側(cè)限抗壓強度q qu u 來測得，即來測得，即()131-=22ufuqc=式中：式中：f f 土的抗剪強度（土的抗剪強度（kPakPa） c cu u 土的不排水粘聚力（土的不排水粘聚力（kPakPa） q qu u 土的無側(cè)限抗壓強度（土的無側(cè)限抗壓強度（kPakPa） 5 土的抗剪強度利用無側(cè)限抗壓強度試驗還可以測定土的靈敏度利用無側(cè)限抗壓強度試驗還可以測定土的靈敏度S St t，即：

48、即：5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗qu原狀土的無側(cè)限抗壓強度（原狀土的無側(cè)限抗壓強度（kPakPa）q0重塑土的無側(cè)限抗壓強度重塑土的無側(cè)限抗壓強度（kPa）低靈敏土低靈敏土1S1St t22中靈敏土中靈敏土2S244粘性土受擾動粘性土受擾動后強度降低的后強度降低的性質(zhì)性質(zhì)= 0quStq土的靈敏度越高，其結(jié)構(gòu)性越強，受擾動后土的強度降低就越多土的靈敏度越高，其結(jié)構(gòu)性越強，受擾動后土的強度降低就越多 5 土的抗剪強度5.35.3土的抗剪強度指標的試驗方法土的抗剪強度指標的試驗方法一、直剪試驗一、直剪試驗二、三軸壓縮試驗二、三軸壓縮試驗三、無側(cè)限抗壓強度試驗三、無側(cè)限抗壓強度試

49、驗四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗五、應(yīng)力路徑概念五、應(yīng)力路徑概念5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗1.1.試驗設(shè)備試驗設(shè)備 十字板剪切試驗采用的試驗設(shè)備主要是十十字板剪切試驗采用的試驗設(shè)備主要是十字板剪切儀，十字板剪切儀由十字板頭、扭字板剪切儀，十字板剪切儀由十字板頭、扭力裝置和量測裝置三部分組成，如圖所示：力裝置和量測裝置三部分組成，如圖所示：M2M1 5 土的抗剪強度v一般適用于測定一般適用于測定軟粘土軟粘土的不的不排水強度指標；排水強度指標；v鉆孔到指定的土層，插入十

50、鉆孔到指定的土層，插入十字形的探頭；字形的探頭；v通過施加的扭矩計算土的抗通過施加的扭矩計算土的抗剪強度剪強度四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗2.2.基本原理基本原理 5 土的抗剪強度max12MMMfvfh時：ffHDDMMM262321maxmax2()23fMDDH fhDfhDrrrM6d2232/01fvDDHM22M1H HDM25.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗 5 土的抗剪強度四、十字板剪切試驗四、十字板剪切試驗5.3 5.3 抗剪強度測定試驗抗剪強度測定試驗3.3.十字板剪切試驗的優(yōu)缺點分析十字板剪切試驗的優(yōu)缺

51、點分析優(yōu)點：優(yōu)點：無需鉆孔取樣，使土少受擾動，被認為是比較能反映土體原位無需鉆孔取樣，使土少受擾動，被認為是比較能反映土體原位 強度的測試方法強度的測試方法缺點：缺點：主要反映垂直面上的強度，一般偏高主要反映垂直面上的強度，一般偏高 應(yīng)力條件復(fù)雜，不能嚴格控制排水條件應(yīng)力條件復(fù)雜，不能嚴格控制排水條件 一般來說，十字板剪切試驗方法適合于在現(xiàn)場測點飽和粘性土的一般來說，十字板剪切試驗方法適合于在現(xiàn)場測點飽和粘性土的原位不排水抗剪強度，特別適用于均勻飽和軟粘土。原位不排水抗剪強度，特別適用于均勻飽和軟粘土。 5 土的抗剪強度5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 土的強度理論土的強度理論5.3 5

52、.3 土的強度強度指標測定土的強度強度指標測定5.4 5.4 孔隙水壓力系數(shù)孔隙水壓力系數(shù)5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征5.6 5.6 工程實例與分析工程實例與分析5.7 5.7 應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑 5 土的抗剪強度 19551955年，英國學(xué)者斯肯普頓等人認為，土中孔隙水壓力不僅由年，英國學(xué)者斯肯普頓等人認為，土中孔隙水壓力不僅由于法向應(yīng)力所產(chǎn)生，而且剪力的作用也會產(chǎn)生新的孔隙水壓力增于法向應(yīng)力所產(chǎn)生，而且剪力的作用也會產(chǎn)生新的孔隙水壓力增量。他們在三軸試驗研究基礎(chǔ)上，提出了在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下用孔量。他們在三軸試驗研究基礎(chǔ)上，提出了在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下用孔隙水壓力系數(shù)隙水壓力系數(shù)A

53、 A和和B B來表示土中的孔隙壓力大小的方法，即：來表示土中的孔隙壓力大小的方法，即：5.4 5.4 孔隙水壓力系數(shù)孔隙水壓力系數(shù)u=u1+u2=B3+ +BABA（ 1- 3 ）= =B B 3 +A(1- 3 ) 式中：式中：A,B分別為不通透應(yīng)力條件下的孔隙水壓力系數(shù)分別為不通透應(yīng)力條件下的孔隙水壓力系數(shù)5.45.4孔隙水壓力系數(shù)孔隙水壓力系數(shù) 5 土的抗剪強度5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征一一.飽和粘性土的抗剪強度飽和粘性土的抗剪強度常規(guī)三軸試驗的實驗過程分為兩個階段：常規(guī)三軸試驗的實驗過程分為兩個階段： 固結(jié)階段：固結(jié)階段：即在壓力室作用一定的水壓，使試樣處于各向即

54、在壓力室作用一定的水壓，使試樣處于各向等壓狀態(tài)等壓狀態(tài) 剪切階段：剪切階段：即通過傳力桿對試樣施加豎向壓力至試樣受剪即通過傳力桿對試樣施加豎向壓力至試樣受剪破壞破壞 這兩個階段均可通過控制排水閘門的開或關(guān)，使試樣處于這兩個階段均可通過控制排水閘門的開或關(guān)，使試樣處于排水或不排水狀態(tài)。同一土樣在不同試驗方法中抗剪強度性狀排水或不排水狀態(tài)。同一土樣在不同試驗方法中抗剪強度性狀是不同的，所測得的總應(yīng)力指標也不同。是不同的，所測得的總應(yīng)力指標也不同。5.55.5土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度1.不固結(jié)不排水抗剪強度不固結(jié)不排水抗剪強度 不固結(jié)不排水試驗是在施加周圍壓力和軸向壓力直至

55、剪切破壞不固結(jié)不排水試驗是在施加周圍壓力和軸向壓力直至剪切破壞的整個試驗過程中都不允許排水，有一組飽和粘性土試件都先在某的整個試驗過程中都不允許排水，有一組飽和粘性土試件都先在某一周圍壓力下固結(jié)穩(wěn)定，試件中的初始孔隙水壓力為靜水壓力，然一周圍壓力下固結(jié)穩(wěn)定，試件中的初始孔隙水壓力為靜水壓力，然后分別在不排水條件下施加周圍壓力和軸向壓力至剪切破壞。后分別在不排水條件下施加周圍壓力和軸向壓力至剪切破壞。 試驗結(jié)果如圖所示，試驗結(jié)果如圖所示，飽和粘性土的不固結(jié)不排水試驗結(jié)果飽和粘性土的不固結(jié)不排水試驗結(jié)果ABC5.55.5土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度 圖中三個半圓圖中三個半圓A

56、,B,C分別表示三個試件在不同的分別表示三個試件在不同的3 3作用下破壞作用下破壞時的總應(yīng)力圓，虛線是有效應(yīng)力圓。試驗結(jié)果表明，雖然三個試件時的總應(yīng)力圓，虛線是有效應(yīng)力圓。試驗結(jié)果表明，雖然三個試件的周圍壓力的周圍壓力3不同，但破壞時的主應(yīng)力差相等，在不同，但破壞時的主應(yīng)力差相等，在圖上表現(xiàn)出圖上表現(xiàn)出三個總應(yīng)力圓直徑相同，因而破壞包線是一條水平線，即：三個總應(yīng)力圓直徑相同，因而破壞包線是一條水平線，即：u u =0=0f= =cu=(=(1- -3)/2)/2 式中；式中； u 不排水內(nèi)摩擦角，（不排水內(nèi)摩擦角，（） cu不排水抗剪強度，（不排水抗剪強度，（kPa）5.55.5土的抗剪強度特

57、征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度2.固結(jié)不排水抗剪強度固結(jié)不排水抗剪強度 如果試件受到周圍固結(jié)壓力如果試件受到周圍固結(jié)壓力3 3 大于它受到的前期固結(jié)應(yīng)力大于它受到的前期固結(jié)應(yīng)力p pc c ，屬于正常固結(jié)試樣，如果屬于正常固結(jié)試樣，如果3 3 cu u(=0); 而以有效應(yīng)力表示而以有效應(yīng)力表示, 則不論哪種試驗方法則不論哪種試驗方法, 其破其破壞包線近似一條壞包線近似一條, 即即抗剪強度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系抗剪強度與有效應(yīng)力有唯一的對應(yīng)關(guān)系三種試驗結(jié)果比較三種試驗結(jié)果比較 5.55.5土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特

58、征二二.無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度5.55.5土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征二二.無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度5.55.5土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征二二.無粘性土的抗剪強度無粘性土的抗剪強度5.55.5土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征三三.總應(yīng)力強度指標與有效應(yīng)力強度指標總應(yīng)力強度指標與有效應(yīng)力強度指標 土是三相的、多孔性的分散顆粒集合體的最主要特征土是三相的、多孔性的分散

59、顆粒集合體的最主要特征有有效應(yīng)力。效應(yīng)力。 用上式表達強度的方法稱為有效應(yīng)力法，它考慮了孔隙水用上式表達強度的方法稱為有效應(yīng)力法，它考慮了孔隙水壓力的影響。壓力的影響。 直剪試驗因儀器條件限制不能測定試樣中的孔隙水壓力直剪試驗因儀器條件限制不能測定試樣中的孔隙水壓力u的的變化，只能用總應(yīng)力強度指標表示。變化，只能用總應(yīng)力強度指標表示。有效應(yīng)力強度：有效應(yīng)力強度：f=c+tan式中：式中： c，分別表示有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，統(tǒng)分別表示有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，統(tǒng)統(tǒng)有效應(yīng)力指標統(tǒng)有效應(yīng)力指標5.55.5土的抗剪強度特征土的抗剪強度特征 5 土的抗剪強度5.5 5.5 土的抗剪強度特征土的抗剪強

60、度特征四四.強度試驗方法與指標的選用強度試驗方法與指標的選用 若建筑物施工速度較快，而地基土的滲水性和排水條件不若建筑物施工速度較快，而地基土的滲水性和排水條件不良時，可采用三軸儀不固結(jié)不排水試驗或直剪儀快剪試驗的結(jié)良時，可采用三軸儀不固結(jié)不排水試驗或直剪儀快剪試驗的結(jié)果。如果地基荷載增長速度較慢時，地基土的透水性較好或地果。如果地基荷載增長速度較慢時，地基土的透水性較好或地基土的透水性不太大（如低塑性的黏土）而排水條件又較佳時基土的透水性不太大（如低塑性的黏土）而排水條件又較佳時（如黏土層中夾砂層）則可以采用固結(jié)排水試驗或慢剪試驗；（如黏土層中夾砂層）則可以采用固結(jié)排水試驗或慢剪試驗；如果介